网络分析仪及其使用（二）

一、标量网络分析仪

标量网络分析系统中最独特的元件是用作射频功率检测器件的二极管检波器。这样便可实现对射频特性的十分经济宽带幅度测量。

1、二极管检波器

二极管检波器将射频信号变换为成正比的直流电压。若信号是调幅信号，则二极管将恢复该调制信号。二极管检波器可能具有很宽的带宽（10MHz～50GHz）、快的响应时间和达76dB的动态测量范围。典型的检波器回波损耗为20dB。

二极管具有一个平方律区域，在此区域内，电压输出与功率输出成正比（见下图）。之所以称为平方律区域，是因为电压输出与电压输入的平方成正比。超过某个功率电平，响应便变为线性响应。标量网络分析仪接收机具有补偿这个检波器特性变化的能力，从而扩大了允许的动态范围。

二极管检波器的特性

      二极管检波方案采用直流检波或交流检波。直流检波器产生与入射到二极管上的功率成正比的直流信号。二极管的输出直接由分析仪计读，在这种情况下，分析仪成为一个具有对数响应的品质优良的电压表。交流检波也产生与入射功率成正比的信号，但射频源是方波调幅源，从而形成检波器的方波输出。

     与直流检波相比，交流检波具有消除二极管检波器直流漂移和对温度敏感的好处。此外，交流检波还不受检波器输入端未经调制的信号的影响。交流检波需要射频源调制，这有时难以实现且可能影响被测件的性能。标量分析仪接收机容纳多个（达四个）检波器输入。

      在利用宽带检波器时，必须注意一下事实：它们可能对在输入端口出现的处于检波器频率范围内的所有信号起响应。在这种测量情况下，必须注意源的谐波电平和寄生信号。若被测的信号处在检波器的平方律区域，则不希望的信号将附加在功率检测中。在检波器功率响应范围的线性部分，不希望的信号会给线性检测附加上不确定度。

       标量分析仪系统中的定向电桥是检波器和信号分离器件的组合。定向电桥的工作很像惠斯通电桥（如下图）。

标量分析仪定向电桥

     若四个臂的电阻相同（即测试端口=50Ω），则测出零电压。若测试端口的负载不是50Ω，则电桥的端电压与被测件（DUT）的失配（偏离50Ω）成正比。定向电桥具有宽带特性以及很好（40dB）的方向性，但代价是是它们在入射射频通路中具有6dB的插入损耗，这可能影响在被测件上可利用的入射功率大小，因此可能限制传输测量的动态范围。

2、反射测量

      下图是反射测量校准配置和测量配置图。

校准配置（a）                                  测量配置（b）

     对基本反射测量配置中信号流程的分析可以得到反射不确定度的表示式，该表示式考虑了测量校准和随后被测件特性测量过程中引入的任何不确定度。下图示出了反射校准和实际测量的不确定度如何加入总测量不确定度。

反射测量的不确定度

这种情况的简化不确定度定义方程可以用下式给出△ρ=A+Bρ_L+Cρ_L²            式中，△ρ为反射的幅度不确定度；A为方向性；B为校准误差、频率响应、显示器和仪器误差；C为有效源匹配；ρ_L为被测件的反射系数。

第一个系数是信号分离器件的方向性项。如方向性的定义中所述，它等效于直接泄漏到反射信号检波器的入射能量部分，而与待测的反射项无关。在强反射项的情况下，方向性不是主要关心的问题，但对于回波损耗大的测试器件，方向性则可能是主要误差源。选择方向性比待测的回波损耗大的信号分离器件是重要的。此外，还必须小心对待在反射器件的测试端口输出处所附加的适配器，因为适配器的连接器匹配可能是系统方向性的限制因素。

不确定度方程中B项与被测件入射波的直接路径和反射检测器的反射波的返回路径中的误差有关。这一项的频率响应部分可以通过测试端口用短路器（ρ=1）进行归一化测量的方法校准掉。这便减小了频率响应误差，但未考虑显示器和仪器误差，如接收机的动态精度。

最后的不确定度项是有效源匹配项C。这是反射波被非理想源重新反射并作为另一个入射波加以测量的结果。这个不确定度项是当被测件具有接近于1的ρ_L时的潜在问题。改善等效源匹配的方法有：利用功分器--比值测量配置，改善激励的输出源稳幅或在激励通路内置入缓冲器或衰减器加以改善。